管壳式石墨换热器的检修方法

1、管壳式石墨换热器的检修方法 石墨换热器是湿法磷酸装置中真空浓缩工序间接传热的关键设备。磷酸在这里经低压蒸汽加热后进入真空蒸发室,经急速蒸发水分后达到浓缩的目的。由于湿法磷酸是一种混酸,在确定换热器材料时,没有很多选择的余地。最常用的材料就是石墨,因为它可以满足导热性好又耐腐蚀的基本要求。常用的耐酸不锈钢在湿法磷酸浓缩工序中的耐腐蚀性能欠佳,只有高铬高镍不锈钢如28制作的换热器,在国外磷酸浓缩装置中有使用的报道。 石墨换热器分为块孔式和管壳式两种。块孔式石墨换热器的主要优点是强度高,体积小,不易破裂,可以使用压力较高的蒸汽,磷酸的流速高,传热系数高,受热介质的进出口温差可以较大;缺点是一旦出现泄漏很难查找出,也不容易修复。管壳式石墨换热器的优点是出现泄漏容易查找,管子损坏后容易修复;缺点是石墨管的强度相对较低,使用的蒸汽压力不能超过0.15;受热介质的流速低,只能控制在23/;进出口温差只能控制在24,换热器的体积大。在湿法磷酸生产中,多数厂家都使用管壳式石墨换热器。1 管壳式石墨换热器简介制造管壳式石墨换热器的厂家不多,国外比较有影响的公司是德国的西格里公司和法国的卡朋罗兰公司;国内有

2、大连振兴石墨防腐设备厂和沈阳化工机械厂等。湿法磷酸生产中,一些大中型装置使用较多的是进口的管壳式石墨换热器。我公司分别使用卡朋罗兰公司和大连振兴石墨防腐设备厂的设备。1.1卡朋罗兰公司的管壳式石墨换热器国外公司都采用浸渍石墨化管,管子的规格为507。经过第二次高温石墨化的石墨碳化管,管材内部有许多微小空隙,经过真空浸渍处理,空隙被树脂填满,抗渗透性能较好,抗拉强度比国内的压型石墨管高。由于石墨化程度高,所以传热系数较高,但抗弯强度(纵向)、抗压强度比压型石墨管稍低。管壳式石墨换热器的结构形式为浮头式,上管板(固定管板)和下管板(滑动管板)都用400厚的浸渍石墨块制作。为了防止磷酸对管板的冲刷,在进酸端管板(滑动管板)上粘贴一层50厚的高强度碳纤维板。1.2国产的管壳式石墨换热器国产的管壳式石墨换热器大多采用压型石墨管。以热固性树脂(如酚醛树脂,呋喃树脂)和人造石墨粉为原料,按一定的比例混合后投入挤压机中,压制成型后再经300的高温处理而制得。管材的内部结构密实,强度较高,但传热系数低,线胀系数比浸渍石墨管大一倍。换热器的结构形式为浮头式,上下管板用400厚的浸渍石墨块制作,进酸端(滑动

3、管板)的防冲刷层采用厚6的316不锈钢板制作。但因316板与石墨板的粘贴不紧,存在缝隙,在此处产生涡流,对下管板产生严重的破坏。后来取消了此板,近一年来,修复的管板端面未被冲刷。2 管壳式石墨换热器的修理管壳式石墨换热器在操作状态下,要承受管内外介质产生的径向和轴向压力(包括换热器不同部位温差引起的拉伸应力)的共同作用。在这些应力的共同作用下,换热器的失效形式有两种:石墨管拉断,石墨管爆破。这两种形式在管壳式石墨换热器损坏中占有较大的比例1。从使用情况来看,国产的压型石墨管失效形式主要是拉断,进口的浸渍石墨化管主要是爆破。当换热器的列管损坏时,如何在现场对其进行快速修理,难点在于怎样快速地对石墨管进行检漏。经过几年的操作,我们总结出如下三种方法,只要交叉使用便可快速地检查出已损坏的石墨管。2.1石墨管损坏的检漏方法常规的检漏方法是对换热器中的石墨管一根一根地进行试压。用这种方法检漏最彻底,但速度太慢,每根管子大约耗时5。一台4002管壳式石墨换热器大约有490根长6、507的管子,全部检查完大约需要40。由于石墨管是在操作过程中突然损坏,所以不可能再用热水对换热器进行清洗。因为管壳式石

4、墨换热器的外壳大约有80%的壳体是用碳钢制造,如果清洗,酸性水会对换热器的外壳产生腐蚀。此时必须用一台高压清洗机,逐根对管子进行清洗。清洗每根管子大约用3。因为石墨管比较脆,选用的清洗机水量不宜太大,以每小时43为宜,清洗水的压力控制在2以下。清洗机还有一个更重要的因素,就是工作压力必须稳定,目前国内市场上的清洗机在清洗时的水压波动大多较大,会造成管子损坏。我厂使用的清洗机为宝鸡市新宇泵业有限公司生产的产品,它的压力比较稳定,调好水压后不需要人监护。检漏前应关闭换热器的蒸汽自动调节阀和手动总阀,拆去换热器的冷凝液排放管,并在此接口上装上阀门,供检漏时用于排放壳程内的水。2.1.1方法一向管壳式石墨换热器的管程内灌水,使水位高出换热器上管板端面约50100,快速地打开冷凝液排放管接口上的阀门,将从管程漏到壳程的水快速排完;此时断裂严重的管子在上管板的水面上会出现旋涡,应快速地用橡皮塞子塞上此管子的上端口,并关上冷凝液排放管接口上的阀门。重复以上动作,就可以把严重断裂的管子找出来。接下来再排干换热器管程中的水,把检查出来严重断裂的管子进行临时堵漏。用长100、18的螺栓在其外套上35.5/

5、18.5、长60的纯橡胶套,组成#1膨胀螺塞(见图1),插入泄漏的管子内,拧紧螺栓上的螺母。橡胶套由于受到轴向压力产生变形,就紧紧地塞在管子内,达到堵漏的目的。管壳式石墨换热器损坏时,有的管子并没有产生断裂或太多太大的裂纹,而只是有一些小的裂纹,如果不检查出来堵上,开车时就会出现泄漏。这些微漏的石墨管,采用以下的方法进行检漏。2.1.2方法二用轴流风机从管壳式石墨换热器的上端头向下吹风,把所有列管内的水珠吹干净。此时,拆去换热器蒸汽进口管上的安全阀,从这里向换热器的壳程灌入清水,使壳程内的压力达到0.020.1。然后在换热器的下端口进行检查,泄漏稍大一点的管子可以看出在滴水,用#1膨胀螺塞塞上。泄漏稍小的微泄漏管子,下管口上会有些水珠和出现潮湿,用棉纱擦干,如再出现水珠和潮湿,就用书写用的涂改液做上记号。此时,99%泄漏的管子都已找出来了。但有的管子下端仍出现水珠或出现潮湿,这是受其他管子的影响,而它本身并没有泄漏。为了防止把无泄漏的好管子错堵上,我们必须对这次检查出的管子,逐一进行检漏,给予确认。2.1.3方法三在长180、18的螺栓中心线上钻一个6的通孔,并套上纯橡胶套,组成#2膨

6、胀螺塞(见图2)。检漏时#2膨胀螺塞应与胶管接头、压力表和加水管连接。由方法二检漏确定或怀疑泄漏的石墨管,用#1膨胀螺塞塞在该管子的下端并拧紧螺母,管子的上端用与压力表相连接的#2膨胀螺塞塞住,并拧紧螺帽。此时接通与#2膨胀螺塞相连的水源,使水压达到0.2。在确定管子下端不漏的情况下,保持2,如果压力不降则此管不漏;如果压力下降,则表明此管子有泄漏。确认被检查的石墨管不漏后,此时由于管子内有0.2的水压,不能马上拧松膨胀螺塞上的螺母,以免塞子受压脱离石墨管而伤人。必须打开泄压阀排水,当压力表的压力为零时,才能松开#2膨胀螺塞上的螺母。试压用的水源,最好用能满足压力要求的工艺水管网内的水,它的压力较稳定。以上三种方法交叉使用,可以在8小时内完成管壳式石墨换热器的检漏工作,检漏效率较高。我公司使用这些方法后,大大提高了恢复生产的速度。2.2堵漏方法检查出损坏的石墨管后,我们都采用堵管的方法对管壳式石墨换热器进行处理。换热器的换热面积在设计时,都放有一定的余量。在平时的损坏中,只要不超过总管数的10%都不需要换管子,只需把损坏的石墨管从两端堵死就可以恢复生产。目前采用的堵管方法主要有以下三种

7、。2.2.1膨胀螺塞堵塞法用316加工螺栓、螺母和大垫圈组合成的#1膨胀螺塞。例如堵36的石墨管,橡胶套尺寸为35.5/18.5、长60,螺栓用18100。检查出漏点后,用#1膨胀螺塞从两头堵上,上紧螺帽,因为拧紧螺母使橡胶套变形,中部鼓起与管壁紧密结合达到堵漏的目的(见图3)。堵塞之后就可以马上开车,可以极大地节约时间。此法的优点是快、省时、省力。但是,只能作为一种临时的处理措施,使用寿命一般不超过半年。2.2.2管螺纹塞堵塞法用钻工的丝锥在损坏的石墨管内壁加工出螺纹,然后用带螺纹的石墨塞子涂上耐酸胶泥堵上。丝锥最好采用管螺纹。塞子的材料可用金属或非金属,但因金属与石墨管的热胀系数不同,最好用石墨材料。因为石墨比较脆,加工塞子时要特别小心。加工塞子用的石墨其碳含量必须高,最好用不透性石墨的管螺纹塞把损坏的石墨管两端的管板上的孔堵住。这种方法从思路上说很好,但实施过程有难度,必须有经验的人去操作。施工后,等胶泥完全固化后就可以投入使用。2.3换石墨管当管壳式石墨换热器内的堵管数量超过总管数的10%时,其生产负荷就不能满足生产能力的要求。如要稳定产量,就必须提高蒸汽的温度,这种方法有百害

8、无一利,石墨管的使用寿命明显降低。此时最好的办法是更换已损坏的石墨管。管壳式石墨换热器的管子和管板的连接方式与钢制的不同。通常在石墨管两端加工成一定的锥度,只是部分插入管板,我们在换热器两端面看到的只是管板与管子相通的孔,看不到石墨管。它们之间用胶泥粘接。所以管壳式石墨换热器的换管方法与钢制的不同,通常有两种方法。2.3.1整管法更换的新管子从上管板到下管板是一根完整的石墨管,更换后,把多余部分切除。其操作方法如下。1、用外径等于更换新石墨管内径的风钻和麻花钻,重新校准管板上孔的内径,把管内的堵塞物钻出。1、用外径等于更换新石墨管内径的风钻和麻花钻,重新校准管板上孔的内径,把管内的堵塞物钻出。2、用比石墨管外径稍微大的带中心引导的组合钻头,在管板上钻孔,深度稍大于管板的厚度,使损坏的石墨管与管板脱离。3、抽出损坏的石墨管,并检查是否有碎片留在相邻的石墨管缝隙内。如有碎片必须拿出。4、由于相邻两石墨管其外壁之间的间距只有7,钻孔时容易损伤周围的管子,所以用0.07的压缩空气吹扫,并检查周围的管子是否损坏。5、清洗新石墨管与管板的连结部位,凉干后涂上耐酸胶泥,把石墨管推到位,胶泥固化后把多

9、余的管子切除。2.3.2组合管法更换的新石墨管由几部分组成,分别为主管、接管、套管等。采用分段组合的方法可有效解决管子与管板的连结问题。操作方法如下。1、用外径等于需更换新石墨管内径的风钻和麻花钻,重新校准管板上孔的内径,把管内的堵塞物钻6、全部管子更换好后,从壳程试压,合格后吊装。这种方法从外表上看似乎很完善,但在操作过程中成功率只有80%左右。即使当时更换的石墨管通过了水压试验,使用一段时间后,管板上其管口周围大多会出现泄漏,又要进行第二次修理。这种方法可靠性低,不推荐使用。2、用比石墨管外径稍微大的带中心引导的组合钻头,在管板上钻孔,深度稍大于管板的厚度,使损坏的石墨管与管板脱离。3、抽出石墨管,并检查是否有碎片留在相邻的管子缝隙内。如有碎片必须拿出。4、用0.07的压缩空气吹扫,并检查周围的管子是否损坏。5、根据两管板的距离和管板的厚度,设计出更换的新石墨管(主管)、标准石墨接管和碳纤维石墨套管的长度,并把它们连结端加工成带锥度的承插配合6、把新石墨管慢慢地边旋转边推入管板内,在滑动管板端的管内塞入带压紧橡胶塞的长度比管板厚度长的膨胀螺杆,并拧紧螺母。以便安装套管和接管时移动石墨管7、清洗两端管板孔内的油脂和主管、接管、套管配合面的油脂。8、用膨胀螺杆拉出石墨管,在管子的配合锥面上涂上胶泥,把石墨管推拉到位。用两根扁长刮条分别伸进该管两端的管板孔,在管板上的孔内表面涂上胶泥。然后拆下膨胀螺杆。9、在两端同时装上接管和套管(进酸口端为碳纤维套管),同时轻轻挤压,让胶泥蠕动。调整管子的位置,将

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